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1、 第六节第六节 板式塔板式塔 6-6-1 板式塔概述板式塔概述 板式塔是重要的气气-液传质设备液传质设备汽、液两相接触方式汽、液两相接触方式： 全塔：逆流接触 塔板上：错流接触两相流动的推动力：两相流动的推动力： 液体：重力 气体：塔压（塔底 塔顶）设计意图设计意图： 使气、液两相充分接触传质 获得最大传质推动力充分接触充分接触： 接触时间足够长 接触面积足够大，且不断更新塔板结构：塔板结构：1、气体通道、气体通道形式很多，如筛板、浮阀等。 对塔板性能影响很大。2、降液管（液体通道）、降液管（液体通道） 多为弓形3、受液盘：、受液盘： 塔板上接受液体的部分4、溢流堰、溢流堰 使塔板上维持一定高
2、度的液层， 保证两相充分接触。塔板上塔板上理想流动理想流动情况情况： 液体横向均匀流过塔板 气体从气体通道上升，均匀穿过液层 气液接触方式：鼓泡鼓泡，泡沫和喷射接触状态喷射接触状态 气液传质，分离后，继续流动传质的非理想流动情况传质的非理想流动情况： 1、反向流动、反向流动 液沫夹带、气泡夹带 即：返混现象返混现象 后果后果： 使已分离的两相又混合， 需重新分离，板效率降低，能耗增加板效率降低，能耗增加。2、不均匀流动、不均匀流动 液面落差液面落差（水力坡度）： 塔壁作用塔壁作用（阻力）：6-6-2 板式塔中气液相异常流动板式塔中气液相异常流动一、液泛一、液泛(淹塔淹塔) 液体充满塔板之间的空
3、间， 塔的正常操作，不能进行。传质的非理想流动，传质的非理想流动， 使使塔板效率降低效率降低引起塔板上气速气速不均引起塔板上液速液速不均，中间 近壁后果：后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。板效率降低。原因：原因： 1、 过量液沫夹带液泛过量液沫夹带液泛 气速过高液泛气速 二、严重漏液二、严重漏液 原因：原因： 1、气速过小、气速过小 漏液点气速 2、液层厚度不均、液层厚度不均2、 降液管液泛降液管液泛 降液管阻力过大引起 根源：塔径偏小根源：塔径偏小特点：特点： 塔板阻力剧增板式塔设计条件：板式塔设计条件：塔顶第一块板（或塔底最后一块板）上： 气液相体积流量：qVVh(qVVs), q
4、VLh(qVLs)； 气液相密度： V, L；界面张力： ； 实际塔板数： NP和NPf。板式塔的工艺设计板式塔的工艺设计概述：板式塔的工艺设计板式塔的工艺设计设计要求： 在给定的操作条件下： 避免出现过量液沫夹带、液泛、严重漏液等不正常的流体力学现象； 具有较高的塔板效率； 具有较小的塔板压力降； 具有一定的操作弹性，能适应生产能力和操作条件的适当波动。概述：板式塔的工艺设计板式塔的工艺设计设计程序：选型选型：板式塔：操作稳定，效率高； 填料塔：压力降小，通量大，采用高效填料效率高。一般真空精馏用填料塔。其它：D大板；D小填塔板类型选择：浮阀塔、筛板塔、斜孔筛板塔等计算：计算：1、模拟计算：
5、确定模拟计算：确定R,N,Np,及塔顶塔底和及塔顶塔底和 各板各板T,P,气液相流量、组成等气液相流量、组成等 2、水力学计算：、水力学计算： 塔高、塔径、塔盘结构尺寸塔高、塔径、塔盘结构尺寸 及流体力学校核及流体力学校核概述：板式塔的设计计算板式塔的设计计算一、塔高一、塔高h 已知：已知：实际塔板数 NP 选取塔板间距 HT 有效塔高：有效塔高：Z=NP HT 塔体高度：塔体高度：h有效高有效高+顶部顶部+底部底部+ 其它其它 安装高度安装高度 ：裙座 选取塔板间距选取塔板间距 HT ： 考虑经济性 、经验选取 HT ，则塔高，液沫夹带量，液泛气速 HT ，则塔内气速，塔径可，但塔高next
6、go顶部空间：分离液沫，回流液进口，顶部空间：分离液沫，回流液进口，1.21.5m 底部空间底部空间 釜液空间高度气相回流分离高度釜液空间高度气相回流分离高度釜液流量釜液流量/S釜液停留时间釜液停留时间： 进料有缓冲进料有缓冲35min 进料无缓冲进料无缓冲15min塔底蒸气管分离高度塔底蒸气管分离高度裙座高度：由塔底设备定裙座高度：由塔底设备定人孔：隔人孔：隔1020块板，块板，d500mm，该板该板HT800mm；进料板：进料板： HT 600mmreturn再沸器安装；再沸器安装； 釜液泵汽蚀釜液泵汽蚀塔板间距和塔径的经验关系塔板间距和塔径的经验关系求出塔径后，需满足经验关系求出塔径后，
7、需满足经验关系二、塔径二、塔径 原则：原则： 防止过量液沫夹带液泛， 先确定液泛气速 uf (m/s) ， 然后选设计气速 u，计算塔径 D。 1、液泛气速：液泛气速： C气体负荷因子； C = f ( HT , ，两相接触状况） 式中，Vs、Ls：气、液相体积流率 m3 /s WL、WV： 气、液相质量流率 kg /s两相流动参数两相流动参数 FLV：C的计算：由泛点关联图求的计算：由泛点关联图求C20 -=20mN/m 时的气 体负荷因子： C20=(HT 、FLV)FLVC20HT选定HT ，计算出 FLV 及 C，可计算液泛气速 uf2、选取设计气速、选取设计气速 u求塔径求塔径 选取
8、泛点率：泛点率： u / uf 一般液体， 0.6 - 0.8 易起泡液体，0.5 - 0.6 设计气速设计气速 u = 泛点率泛点率 uf可求得气体流通截面积：可求得气体流通截面积：塔截面积塔截面积 AT = 气体流通截面积气体流通截面积 A +降液管面积降液管面积 Ad 即即： A = AT - Ad故塔径塔截面积塔截面积其中：其中： Ad / AT 根据经验选取根据经验选取单流型弓形降液管： 0.06 - 0.12 多流型：可适当增大；U 形流型：可适当减小注意注意：（1）必须用圆整后的）必须用圆整后的D重新计算确定实际的气重新计算确定实际的气体流通截面积、实际气速及体流通截面积、实际气
9、速及泛点率泛点率（2）校核）校核HT与与D的范围的范围计算塔径需按系列标准圆整，得到设计塔径D。系列化标准： 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0m 等三、溢流装置设计三、溢流装置设计 1. 溢流型式的选择溢流型式的选择 依据：依据：塔径 流量三、溢流装置设计三、溢流装置设计3. 溢流堰溢流堰：维持塔板液层 结构尺寸：堰高堰高 hW，堰长堰长lW 2.降液管：降液管：液体通道 弓形弓形、圆形；3. 弓形降液管尺寸：面积Ad，宽bd，弦lw；由Ad/AT=0.060.12确定4. 底隙 hb ：30 - 40 mm
10、hW堰高堰高 hW：影响塔板上液层厚度 过小，相际传质面积过小 过大，塔板阻力大，液沫夹带 常、加压塔：常、加压塔：50-80 mm 减压塔：减压塔：25 mm 堰长堰长 lW ：由由Ad/AT查书上图，可求查书上图，可求 lW要求：要求：溢流强度溢流强度Lh/lW 100130m3/mhLh/lW 过大how过大板上泡沫层过厚液沫夹带过多。需适当增加Ad/AT，增加lWlW讨论：E：液流收缩系数液流收缩系数一般，取 E =1堰上方液堰上方液头高度：头高度： 要求：否则，液流不均，需lW 或用齿形堰出口安定区出口安定区入口安定区入口安定区 四、板面布置四、板面布置 1、受液区和降液区 2、入口
11、安定区bs和出口安定区bs bs=bs=50100mm 3、边缘区： bc=50mm 4、有效传质区： Aa单流型弓形降液管塔板单流型弓形降液管塔板：双流型弓形降液管塔板双流型弓形降液管塔板：rx五、筛板塔：筛孔的尺寸和排列五、筛板塔：筛孔的尺寸和排列传质区设计：传质区设计：t由几何关系：筛板开孔率筛板开孔率 ： A A0 0/ /A Aa a筛孔面积/有效传质区面积 筛孔直径筛孔直径d0 : 通常3 - 8 mm；大孔径筛板： 12 - 25 mm d0小，不易漏液； d0大且u大，也可，但弹性小排列方式排列方式：常按正三角形均布大，u0小，易漏液；小，u0大，阻力大取值范围取值范围: :
12、0.06 - 0.140.06 - 0.14选择孔径选择孔径 d0，确定确定开孔率开孔率；由由公式求公式求t 取整；取整；再由公式求再由公式求；计算开孔面积计算开孔面积A A0 0，筛孔数筛孔数n n，筛孔气速筛孔气速u u0 0。 五、筛板塔：筛孔的尺寸和排列五、筛板塔：筛孔的尺寸和排列设计步骤设计步骤：板厚：碳钢（板厚：碳钢（3-4mm3-4mm）、）、不锈钢不锈钢传质区设计：传质区设计：六、浮阀塔：阀孔的尺寸及排列（六、浮阀塔：阀孔的尺寸及排列（p.212）型式型式：F1、V-4、十字架型、A型、尺寸尺寸：常用F1型： d0=39mm排列方式排列方式：等腰三角形（p.215)列间距：75
13、、100、125mm；排间距：自定开孔率：常压、减压塔：=10%14% 加压塔：10%传质区设计：传质区设计：注意：分块式塔板（0.8-0.9m整）六、浮阀塔：阀孔的尺寸及排列（六、浮阀塔：阀孔的尺寸及排列（p.212）1、初步确定n和：选取阀孔动能因子F0=812，用下式计算u0，n及设计步骤设计步骤：2、在有效传质区均匀排列浮阀（数目n）25450mm400mm传质区设计：传质区设计：列间距：75、100、125mm；排间距：自定原则：与液流垂直方向上，各孔距离尽量基本相等所排孔数n3、按实际孔数n计算： u0，F0，要求：附浮阀排列图100mm75mm七、塔板的校核七、塔板的校核 对初步
14、设计的结果进行调整和修正对初步设计的结果进行调整和修正1、液沫夹带量校核、液沫夹带量校核筛板塔：筛板塔：液沫夹带量的表示方法：液沫夹带量的表示方法： 1）ev ：单位量气体所夹带的液体量，单位量气体所夹带的液体量，kg液/kg气，或kmol液体 / kmol气体 2）e：单位时间夹带到上层塔板的液体量，单位时间夹带到上层塔板的液体量，kg 液体 / h 3）液沫夹带分率液沫夹带分率：每层板夹带的液体占进入该板的每层板夹带的液体占进入该板的液体的分率。液体的分率。 则： ev计算： 方法一，查Fair图(教材117页)，可求 ev 方法二，用Hunt公式：式中式中Hf 为板上泡沫层高度：为板上泡
15、沫层高度：Hf = 2.5 (hW+hoW)校核判据： ev 0.1 ，不发生过量液沫夹带 ev 0.1 ， 发生过量液沫夹带当ev或接近于0.1时，需要调整塔板结构尺寸，方法： 增大D，或减小Ad/AT（有限）uev； 增大HT。七、塔板的校核七、塔板的校核1、液沫夹带量校核、液沫夹带量校核筛板塔：筛板塔：浮阀塔浮阀塔校核参数：泛点率校核参数：泛点率F1 Z液体横过塔板流动的行程K物性系数，查表5-11，对正常系统 K=1CF泛点负荷因子，查图（217页）Ab板上液流面积， Ab=AT-2Ad单流型: Z=D-2bd双流型:Z=(D-2bd-bd)/2校核判据：校核判据：D 0.9m： F1
16、 0.650.75 一般的大塔： F1 0.80.82 负 压 塔： F1 0.750.77取取两者较大值两者较大值如不满足判据，应调如不满足判据，应调整塔板间距或整塔板间距或 塔径塔径 七、塔板的校核七、塔板的校核1、液沫夹带量校核、液沫夹带量校核 浮阀塔：浮阀塔：2、塔板阻力的计算和校核、塔板阻力的计算和校核 塔板阻力：以清液柱高度表示塔板阻力：以清液柱高度表示 塔板阻力塔板阻力 hf 构成构成: （1）干板阻力干板阻力 h0气体通过板上孔的阻力（设无液体时）气体通过板上孔的阻力（设无液体时） （2） 液层阻力液层阻力 hl 气体通过液层阻力气体通过液层阻力 （3） 克服液体表面张力阻力克
17、服液体表面张力阻力 h孔口处表面张力孔口处表面张力m(液柱液柱) 七、塔板的校核七、塔板的校核（1）干板阻力）干板阻力 ， m(液柱液柱) 筛板：筛板： C0 孔流系数，查孔流系数，查P118，图图6.10.30（教材）（教材） 浮阀塔板：计算公式：浮阀塔板：计算公式：使用方法：使用方法：联立以下二式求临界阀孔气速联立以下二式求临界阀孔气速u0,K 比较：若比较：若u0 u0,K，用上式（全开）计算用上式（全开）计算h0 若若u0u0,K，用下式（未全开）计算用下式（未全开）计算h0七、塔板的校核七、塔板的校核2、塔板阻力的计算和校核、塔板阻力的计算和校核校核判据：校核判据：hf100mm液柱
18、液柱若hf过大，可 增加开孔率增加开孔率u0干板阻力干板阻力h0 或 降低堰高降低堰高液层阻力液层阻力hl（3）克服液体表面张力阻力：一般可不计，克服液体表面张力阻力：一般可不计， m(液柱液柱) （2）液层阻力）液层阻力 ， m(液柱液柱) 筛板：查图求筛板：查图求（教材教材118118页）页）浮阀：浮阀： =0.5七、塔板的校核七、塔板的校核2、塔板阻力的计算和校核、塔板阻力的计算和校核how计算公式前述计算公式前述3、降液管液泛校核、降液管液泛校核 液面落差液面落差，一般较小，可不计；当一般较小，可不计；当不可忽略时不可忽略时，要求： 0.78AT时用第一式（多见）时用第一式（多见）Ab
19、=AT-2Ad 塔板上液流面积(2)液相下限线 规定整理出：L Lh h=3.07=3.07l lW 与y轴平行（3）严重漏液线（气相下限线）筛板塔：代入相关公式，如hoW、u0，整理。教材128页浮阀塔：（4）液相上限线保证液体在降液管中有一定的停留时间（5）降液管液泛线 Hd=HT+hW 两种塔型在hf 一项上有区别筛板塔：代入相关公式（教材129页）浮阀塔：塔板的操作弹性：塔板的操作弹性： 八、塔板的负荷性能图八、塔板的负荷性能图要求：1、做出负荷性能图；2、过设计气液流量点和原点 做直线操作线 标出设计点P；3、计算操作弹性。希望设计点较为居中。如果设计点靠近某线，则该线为控制因素。过近，需修改设计。操作弹性应3，否则也需修改设计。re
